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当CAE技术在注射模具设计及制造中的应用

发布时间:2021-09-10 04:02:30 阅读: 来源:石油钻机厂家

CAE技术在注射模具设计及制造中的应用

一、引言

模具是生产各种工业产品的重要工艺装备,随着塑料工业的迅速发展,以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用,产品对模具的要求也越来越高,传统的模具设计方法已无法适应当今的要求。

与传统的模具设计相比,计算机辅助工程(CAE)技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面,还是在降低成本、减轻劳动强度方面,都具有极大的优越性。美国MOLDFLOW上市公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司,自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来,一直主导塑料成型CAE软件市场。MOLDFLOW一直致力于帮助注塑厂商提高其产品设计和生产质量,MOLDFLOW的技术和服务提高了注塑产品的质量,缩短了开发周期,也降低了生产成本,MOLDFLOW已成为世界注塑CAE的技术领袖。

二、CAE技术的作用

利用CAE技术,可以在模具加工前,在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充、保压和冷却情况,以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题并及时进行修改,而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破,而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面,都有着重大的技术、经济意义。塑料模具的设计不但要采用CAD技术,而且还要采用CAE技术,这是发展的必然趋势。

三、CAE技术应用实例

制件为电脑面板,一模一腔,材料为CHIMEI ABS‘POLYLAC PA707’。采用MPI的流动、保压、冷却和变形分析模块检查塑件的质量,并得到优化的流道设计。

1.建模

可在其他CAD软件中建模,MOLDFLOW通过图形接口,直接读入CAD模型,或在MOLDFLOW建模模块中直接建模。

模型及浇注系统,浇注系统初始设计使用两个侧浇口,如图1所示。

图1 模型及其浇注系统

2.工艺参数

型腔温度为60.0deg.C,熔体温度为240.0deg.C,注射流动速率,注射时间为2.22sec,保压时间为8.0sec,冷却时间为15.0sec,开模时间为10.0sec。

3.模拟结果分析

(1)填充分析

填充型式较为均匀,因此锁模力不会过大,如图2所示。

图2 塑料填充形式

在本方案中,从浇口到填充末端的距离很长,因此需要采用合适的保压工艺。

(2)温度分布分析

大部分温度分布在允许范围之内,但在一些较薄区域,料流前峰温度非常低,需要适当调整注塑工艺参数, 以免在这些区域产生短射和应力集中。

温度分紧缩实验1般很少利用UTM实验机布,如图3所示。

图3 温度分布

(3)体积剪切速率分析

体积剪切速率必须低于允许值(许用值为50000 1/sec),特别是在浇口区域。如果超过这个限制,材料很容易发生降解。

在这个方案中,体积剪切速率可能会是一个问题,如果真有可能产生降解的话,可以通过降低注塑速率和增加浇口的尺寸来解决,经过在实践中的运用,证明加大浇口尺寸的措施是切实可行的。体积剪切速率,如图4所示。

图4 体积剪切速率

(4)困气分析

塑件上困气的位置,如图5所示。

图5 塑件上困气的位置

大部分困气出现在筋和边的末端,因此除了顶部,其他区域不易发生烧焦和短射现象。为了防止困气,也为了得到更好的熔接痕,必须减小顶面末端的厚度,同时在筋处适当加一些小顶杆以方便排气,不过该模具主要还是通过分型面排气。

(5)熔接痕分析

塑件上熔接痕的位置,如图6所示。

图6 塑件上熔接痕的位置

有四条熔接痕比较明显,要移动和消除熔接痕,我们必须修改塑件的壁厚和浇口的位置。在不影响塑件本身的强度和装配的前提下,要在熔接痕位置处对塑件壁厚进行适当处理,同时通过适当的工艺调整,尽量减少熔接痕的产生。

(6)缩痕分析

缩痕深度,如图7所示。

图7 塑件上缩痕深度

除了浇口区域,最大的缩痕深度小于0.007或0.008mm,因此缩印不明显,并不会影响产品的外观。

(7)模具冷却分析

模具的冷却温度分布,如图8所示。

图8 模具冷却温度分布

该方案中模具的冷却效果较锂电池企业密集扩产好,当具有高光泽度不透明的PLEXIGLAS 支柱为该车出众的设计做出了贡献冷却水流速超过2.24 liter/min,所设置的冷却工艺参数也较为合适。

(8)型腔冷却分析

型腔冷却温度分布,如图9所示。

图9 型腔冷却温度分布

红色区域内温度较高,而上、下温差也较大,这是导致热弯曲的主要原因。因此,必须修改冷却水管或模具的结构,在温度较高处增开翻水孔以提高其冷却效果。

(9)X方向的变形分布.

X方向的变形分布,如图10所示。

图10 X方向的变形分布

两端中间区域向里移动了约0.3~0.4mm,翘曲量并没有超过公差要求。

(10)Y方向的变形分布.

Y方向的变形分布,如图11所示。

图11 Y方向的变形分布

顶部区域向里移动了约1.1~1.2mm,其他区域变形较为均匀,因此只需考虑顶部区域的变形,在其相应的侧壁增加2~3条加强筋,以减少顶部区域的翘曲量,达到产品所需公差要求。

(11)Z方向的变形分布

Z方向的变形分布,如图12所示。

图12 Z方向的变形分布

红色区域向下移动了约0.7mm,已超出了公差要求,应修改该部位制件的厚度,以达到产品公差要求。

四、结束7.5.4 抗冻性如符合表3相应强度级别时判为符合该级别,否则判不合格语

通过采用MPI/FLOW、MPI/COOL和MPI/WARP模块对电脑面板进行填充、保压以及冷却等过程的模拟分析,有助于模具设计和工艺人员不断优化制品设计、模具设计及制造和注塑工艺参数,从而缩短新产品的开发周期,减少开发费用,提高生产效率和质量,确保生产出优质的塑料制品。(end)

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